CN116085315B - 一种带导叶的无蜗壳离心通风机集流器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带导叶的无蜗壳离心通风机集流器，由集流器壳体和沿周向均布固定在集流器壳体内的多片导叶组成；导叶的轮廓由首尾依次连接的型线A、型线B和型线C组成；型线C为锥弧形气流通道的型线；通过在集流器中设置与叶轮叶片数量相等的导叶，并设计导叶入口角为90度，出口角由预旋系数决定，得到圆弧形的型线A和型线B，结合集流器壳体的锥弧形气流通道型线，确定出导叶的轮廓。本发明设计的导叶能修正气流预旋作用的影响，减小预旋速度，在靠近叶轮的轮盖处，气流流出集流器后以沿半径方向的绝对速度直接流入叶道，基本消除了气流进入叶道时的冲击，从而减少流动损失，提升风机的静压与效率。

Description

一种带导叶的无蜗壳离心通风机集流器

技术领域

本发明属于风机设备领域，涉及离心通风机，具体涉及一种带导叶的无蜗壳离心通风机集流器设计方法。

背景技术

通风机是依靠输入机械能来提高气体压力并输运气体的机械，它是一种从动的流体机械，其用途非常广泛，几乎涉及国民经济各个领域，属于通用机械范畴。其中无蜗壳离心通风机，是一种新型节能风机产品，广泛应用于工矿企业、高级宾馆、写字楼、影剧院、高级商住楼、商场、医院等建筑物的压力送风换气。该风机结构简单、外形美观、安装维修方便，是变风量空调、中央空调和净化空调的理想配套换代产品。由于该类产品出现时间较短，各个部件具有较大优化空间。

无蜗壳离心通风机的集流器是一种轴向进气装置，其作用是将气体平稳地导入叶轮内部(叶道入口)。目前常用的集流器为锥弧形，先锥形后弧形的设计可以使集流器后段与风机轮盖起始段的形状贴近，这样的设计可以消除叶道入口的旋涡。但是，这种设计无法改善预旋作用对风机性能的影响。受气体粘性的影响，气体在进入叶片入口前会伴有预旋速度，该速度方向为叶轮旋转方向。预旋速度会影响设计流量工况下气流进入叶道的角度，偏离设计角度会使气流与叶片形成冲击作用，造成能量的冲击损失。预旋现象无法消除，但是可以通过合理设计导叶减小预旋作用对风机性能的影响。然而，目前还没有根据无蜗壳离心通风机叶轮专门配对设计导叶，以基本抵消预旋作用对风机性能影响的有效方法，无蜗壳离心通风机的集流器仍有很大改进空间。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种带导叶的无蜗壳离心通风机集流器，通过在集流器中增加导叶，并合理设计导叶角度，来修正气流进入叶轮内部的角度，改善气流预旋导致的冲击损失，从而减少流动损失，进而改善风机的性能。

本发明一种带导叶的无蜗壳离心通风机集流器，由集流器壳体和沿周向均布固定在集流器壳体内的多片导叶组成。所述的集流器壳体由一体成型的固定底板和锥弧形气流通道组成。

所述导叶的设计过程如下：

导叶的轮廓由首尾依次连接的型线A、型线B和型线C组成；型线C为锥弧形气流通道的型线；型线B为导叶入口处型线，型线A为导叶出口处型线；沿气流方向，导叶型线B的起点位于集流器的锥弧形气流通道壁面上，终点靠近集流器壳体的中心轴线。

设叶轮尺寸与叶轮旋转速度u给定，则叶片入口气流理论绝对速度c_m已知，再根据预旋系数求得气流在进入叶片入口前沿叶片旋转方向的预旋速度c_u，从而得：

|c|²＝|c_u|²+|c_m|²

其中，|·|为速度向量的模运算，c为叶片入口气流预旋后绝对速度，c_a为导叶型线B的终点处与叶轮旋转速度反向的速度c_ua和叶片入口气流理论绝对速度c_m的和速度，β为c_m与c_a的夹角。

所述型线A与型线B的交点在直径为d的内圆上，型线A与型线C的交点在直径为D的外圆上；内圆和外圆的圆心均位于集流器壳体的中心轴线上；设n＝d/D，n取值范围为0.2～0.4。设辅助线I经过型线A与型线C的交点且沿集流器壳体的径向布置，辅助线L与辅助线I的夹角为β，设计型线A为圆弧，且型线A与辅助线I和辅助线L均相切，并结合型线A与型线B的交点在直径为d的内圆上这个条件，得到满足条件的一个或两个点，若只有一个点，则直接作为型线A与型线B的交点，若有两个点，选择更靠近型线C的那个点作为型线A与型线B的交点，最终确定出型线A。

设固定底板与锥弧形气流通道的连接线所在平面为D，设计型线B为圆弧，且型线B在与型线C的交点处和平面D相切，结合型线B与型线A的交点，最终确定出型线B。

优选地，所述的固定底板开设有沿周向均布的多个螺纹孔。

本发明具有的有益效果如下：

本发明通过在集流器中设置与叶轮叶片数量相等的导叶，并设计导叶入口角为90度，出口角由预旋系数决定，得到圆弧形的型线A和型线B，结合集流器壳体的锥弧形气流通道型线，确定出导叶的轮廓。本发明设计的导叶能修正气流预旋作用的影响，减小预旋速度，在靠近叶轮的轮盖处，气流流出集流器后以沿半径方向的绝对速度直接流入叶道，基本消除了气流进入叶道时的冲击，从而减少流动损失，提升风机的静压与效率。

附图说明

图1为本发明安装在叶轮输入端的示意图。

图2为本发明的示意图。

图3为本发明导叶作用下叶轮叶片的气流分析示意图。

图4为本发明中导叶的型线A设计示意图。

图5为本发明中导叶的型线B设计示意图。

具体实施方式

下图结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种带导叶的无蜗壳离心通风机集流器，由集流器壳体1和沿周向均布固定在集流器壳体1内的多片导叶2组成。如图2所示，集流器壳体1由一体成型的固定底板6和锥弧形气流通道7组成；固定底板6用于将集流器壳体1固定在风机入口箱体上；优选地，固定底板6开设有沿周向均布的多个螺纹孔8，可与风机入口箱体开设的对应通孔通过螺钉连接。气流通过锥弧形通道7流入配对的无蜗壳离心通风机叶轮(叶轮由轮盖3、叶片4和轮盘5组成)，固定底板6与气流没有接触；导叶2的数量与叶轮的叶片数量相等，且导叶2与叶轮的叶片一对一配对，导叶2的设置可以降低气流进入叶片4前预旋作用的影响，优化流场，使实际气流角更符合设计。

但是，由于目前还没有根据无蜗壳离心通风机叶轮专门配对设计导叶2的有效方法，本发明提出一种设计思路对导叶2进行设计，以期实现基本抵消预旋作用对风机性能影响。

下面阐述本发明的导叶2设计过程：

本发明的导叶2设计基本思路是，让气流在进入叶片入口前获得与叶轮旋转速度反方向的速度，实现基本抵消预旋作用对风机性能的影响。

导叶的轮廓由首尾依次连接的型线A、型线B和型线C组成。其中型线C为锥弧形气流通道7的型线，为已知型线，设计锥弧形气流通道7的型线为两段相切且朝向凸起的圆弧，使锥弧形气流通道7由入口到出口方向先缩小后扩大；因此本发明主要涉及型线A和型线B的设计；型线B为导叶入口处型线，型线A为导叶出口处型线。

如图3所示，沿气流方向，导叶型线B的起点设为a₁，终点设为a₂，起点位于集流器的锥弧形气流通道7壁面上，终点靠近集流器壳体1的中心轴线。风机设计速度为通过叶轮叶片角度产生相对速度w，气流具有叶轮旋转速度u，常规风机设计时要求两者速度的和速度，即叶片入口气流理论绝对速度c_m沿叶轮半径方向进入叶片入口。但是受气流粘性影响，气流在进入叶片入口前，沿叶片旋转方向有预旋速度c_u，即叶片入口气流预旋后绝对速度c不是沿叶轮半径方向，而是向叶轮旋转速度u方向偏斜，预旋速度c_u大小与叶轮旋转速度u大小的比值为预旋系数τ，取值为0.35。本发明设计导叶的目的为使气流在进入叶片入口前的导叶型线B终点a₂处获得与叶轮旋转速度反向的速度c_ua，以抵消预旋作用对风机性能的影响。

当叶轮尺寸与叶轮旋转速度u已知时，则叶片入口气流理论绝对速度c_m已知，再根据预旋系数求得预旋速度c_u，从而得：

|c|²＝|c_u|²+|c_m|²

其中，|·|为速度向量的模运算(即得到的是速度的大小)，c_a为与叶轮旋转速度反向的速度c_ua和叶片入口气流理论绝对速度c_m的和速度，β为c_m与c_a的夹角。

如图4所示，型线A与型线B的交点在直径为d的内圆O上，型线A与型线C的交点(见图5中的f)在直径为D的外圆上；内圆和外圆的圆心均位于集流器壳体1的中心轴线上；设n＝d/D，n取值范围为0.2～0.4。设辅助线I经过型线A与型线C的交点且沿集流器壳体1的径向布置，辅助线L与辅助线I的夹角为β，设计型线A为圆弧，且型线A与辅助线I和辅助线L均相切，并结合型线A与型线B的交点在直径为d的内圆O上这个条件，得到满足条件的一个或两个点，若只有一个点，则直接作为型线A与型线B的交点，若有两个点，根据气流沿最小阻力途径流动的原则，选择更靠近型线C的那个点作为型线A与型线B的交点，最终确定出型线A。

如图5所示，设固定底板6与锥弧形气流通道的连接线所在平面为D，其与集流器壳体1的中心轴线9垂直；设计型线B为圆弧，且型线B在与型线C的交点e处和平面D相切，结合型线B与型线A的交点，最终确定出型线B。

Claims (2)

1.一种带导叶的无蜗壳离心通风机集流器，由集流器壳体和沿周向均布固定在集流器壳体内的多片导叶组成；所述的集流器壳体由一体成型的固定底板和锥弧形气流通道组成；其特征在于：

所述导叶的设计过程如下：

导叶的轮廓由首尾依次连接的型线A、型线B和型线C组成；型线C为锥弧形气流通道的型线；型线B为导叶入口处型线，型线A为导叶出口处型线；沿气流方向，导叶型线B的起点位于集流器的锥弧形气流通道壁面上，终点靠近集流器壳体的中心轴线；

设叶轮尺寸与叶轮旋转速度u给定，则叶片入口气流理论绝对速度c_m已知，再根据预旋系数求得气流在进入叶片入口前沿叶片旋转方向的预旋速度c_u，从而得：

|c|²＝|c_u|²+|c_m|²

其中，|·|为速度向量的模运算，c为叶片入口气流预旋后绝对速度，c_a为导叶型线B的终点处与叶轮旋转速度反向的速度c_ua和叶片入口气流理论绝对速度c_m的和速度，β为c_m与c_a的夹角；

所述型线A与型线B的交点在直径为d的内圆上，型线A与型线C的交点在直径为D的外圆上；内圆和外圆的圆心均位于集流器壳体的中心轴线上；设n＝d/D，n取值范围为0.2～0.4；设辅助线I经过型线A与型线C的交点且沿集流器壳体的径向布置，辅助线L与辅助线I的夹角为β，设计型线A为圆弧，且型线A与辅助线I和辅助线L均相切，并结合型线A与型线B的交点在直径为d的内圆上这个条件，得到满足条件的一个或两个点，若只有一个点，则直接作为型线A与型线B的交点，若有两个点，选择更靠近型线C的那个点作为型线A与型线B的交点，最终确定出型线A；

设固定底板与锥弧形气流通道的连接线所在平面为D，设计型线B为圆弧，且型线B在与型线C的交点处和平面D相切，结合型线B与型线A的交点，最终确定出型线B。

2.根据权利要求1所述一种带导叶的无蜗壳离心通风机集流器，其特征在于：所述的固定底板开设有沿周向均布的多个螺纹孔。